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用3D打印扰乱供应链:FDM复合模具介绍。

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亚伦·皮尔森 - 2020年3月24日
亚伦·皮尔森 - 2020年3月24日

存在的问题:

传统的复合模具有两个主要问题:生产时间太长,成本很高。


传统的铝、钢、因瓦或FRP(纤维增强聚合物)工具的交货周期通常以周或月为单位,即使是相对简单的工具几何形状,成本也经常飙升至数万美元。这些漫长的交货期和高昂的成本阻碍了开发的步伐,阻碍了设计优化和产品创新。

解决方案:

3D打印(增材制造)


多年来,航空航天行业的原始设备制造商和领先供应商一直在利用3D打印快速生产具有成本效益的复合材料模具。例如,波音公司早在2012年就透露了他们在这一应用中使用FDM(熔融沉积建模)技术SAMPE(材料与工艺工程进步学会)技术论文描述了他们在大型、复杂、非热压罐共固化结构方面的开发工作。

3D打印是一种自动增材制造技术,通过逐层构建材料来生产零件。FDM(熔融沉积建模)是一种3D打印技术,使用安装在龙门系统上的挤出机,在高度控制的自动化过程中精确地逐层放置熔融的热塑性材料。

早在2012年,直到最近,3D打印机的性能和材料性能,即耐温性,限制了3D打印复合材料模具的应用。然而,Stratabob 体育网址sys最近投入了大量资金,为复合材料模具市场的独特需求量身定制3D打印解决方案。此次推出的高温热塑性ULTEM™1010树脂,将吞吐量提高了2X+,并详细说明设计指南专注于复合模具,使FDM技术的用户能够显著地破坏复合模具供应链。

bob 体育网址Stratasys高温材料的开发和产量的提高使他们的生产水平的打印机可以在几小时或几天内生产出高温堆焊模具,而不是用传统方法生产和采购模具所需的几周或几个月。此外,与传统的模具材料相比,3D打印模具可以提供颠覆性的成本节约,以及许多其他不太量化的好处,例如显著减轻重量。与达索猎鹰喷气机(Dassault Falcon Jet)等原始设备制造商的案例研究表明,该技术有可能将成本和交货时间降低90%。

功能:


3D打印复合材料模具,特别是在Stratasys FDM机器上使用ULTEM™1010树脂生产的模具,能够处理bob 体育网址

FDM复合工具示例对
FDM复合工具示例对

反复暴露于常见的,但仍然极端的高压罐固化循环350°F在90 psi。

模具可以通过多种方法完成,以实现真空完整性和表面粗糙度低于16 μ in Ra (0.4 μ m)。常用的整理方法有手工磨砂及随后的高温应用、双组份环氧树脂、脱脂涂层加工、FEP脱模膜的应用等。

3D打印的添加性导致材料只放在需要的地方,因此高效率和最小的浪费是该过程的自然产物。这不仅大大减少了材料的使用,而且还大大减少了模具的重量。这种优化允许人工操作而不是起重机或起重设备来处理工具,这进一步降低了重复成本和操作效率低下。

所以它更快、更便宜,还有很多其他好处……


如上所述,FDM对于复合工具的好处很多,而且非常引人注目。也就是说,有一些限制和重要的考虑因素需要注意,以确保成功地使用和实现。

热膨胀(CTE) -3D打印模具的主要考虑因素是目前可用材料的相对较高的CTE。由于模具由整齐的(未填充的)热塑性塑料组成,因此具有相对较高的CTE。ULTEM™1010树脂(Stratasys的主要复合模具材bob 体育网址料)的CTE大约是铝合金的两倍。当使用外芯轴时,ULTEM™较高的CTE可以作为一个优势,以增加厚度固结,并易于拆卸芯轴。然而,对于一些深吃水的女性来说,这确实带来了一些挑战。请参阅我们的设计指南,了解如何应对此类挑战的更多细节。

尺寸- - -FDM模具的另一个考虑因素是可寻址的模具尺寸范围。目前Stratasys FDM打印机的最大构建量是3 ' x 2 ' x bob 体育网址3 '。虽然较大的模具经常按段打印并粘合在一起,但如果模具必须分段多次,特别是在多个方向上,这可能会在一定程度上侵蚀其价值主张。这只是由于“增强”关节区域所需的额外材料和组装工具所需的接触劳动的增加。在许多情况下,利大于弊,但在考虑更大的结构时,仍然需要记住这一点。

刀具寿命-如前所述,刀具寿命还没有完全确定,因为它取决于如此广泛的因素(例如特定的固化循环参数、刀具几何形状、刀具设计/结构、密封方法等),但对于小批量应用(1-50次或可能高达100次循环),迄今为止所进行的研究是有希望的。在许多情况下,低成本的实施甚至可以允许计划使用多个工具,而成本低于单一金属或FRP工具。

总结


3D打印复合材料模具为复合材料制造商、OEM和模具供应商提供了一种功能强大、快速且具有成本效益的替代方案,可以替代现有的高温模具技术。这项技术的早期采用者已经从3D打印工具提供的竞争优势中获益。

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